Quelles exigences ATEX s'appliquent aux mélangeurs de poudres dans la production de détergents, et comment mettre en œuvre des procédés inertés ?
Les mélangeurs de poudres dans la production de lessives peuvent traiter des poussières organiques combustibles, des composants oxydants, des supports de parfum, des tensioactifs, des polymères, des granulés d'enzymes et d'autres composants fonctionnels. La question de savoir si une atmosphère explosible en résulte ne peut pas être déduite du groupe de produits « lessive », mais doit être évaluée pour la recette concrète, sa fraction de poussière fine et d'éventuels mélanges hybrides vapeur-poussière. La base en est une évaluation des risques, des données de sécurité de la substance et un document relatif à la protection contre les explosions.
La directive produit ATEX 2014/34/UE régit les exigences applicables aux équipements et systèmes de protection utilisés en zones à risque d'explosion. La directive d'exploitation ATEX 1999/92/CE concerne les obligations de l'exploitant, notamment le classement en zones, le choix d'équipements appropriés, les mesures organisationnelles et la documentation. En Allemagne, ces exigences sont notamment concrétisées par l'ordonnance sur la sécurité d'exploitation, l'ordonnance sur les substances dangereuses et les règles techniques pour les substances dangereuses.
Classement en zones et choix des équipements
L'intérieur d'un mélangeur, d'un silo, d'un filtre ou d'une conduite véhiculant de la poussière est souvent en zone 20, lorsqu'une atmosphère de poussière explosible peut y apparaître en permanence, pendant de longues périodes ou fréquemment. La zone 21 peut être présente aux points de remplissage, d'évacuation, de prélèvement ou de filtration, lorsque de la poussière est occasionnellement libérée en fonctionnement normal. La zone 22 désigne les zones où une atmosphère de poussière dangereuse n'apparaît que rarement et brièvement. Le classement concret dépend des sources d'émission réelles, des propriétés de la poussière, de l'étanchéité, de l'aspiration, des mesures de nettoyage et de la géométrie du local d'implantation. Il ne doit pas être déduit de façon générale de la fonction de l'installation.
Pour la zone 20, un équipement de catégorie 1D est en principe requis. En zone 21, des équipements de catégorie 1D ou 2D peuvent être utilisés ; en zone 22, des équipements des catégories 1D, 2D ou 3D sont admissibles. L'évaluation ne porte pas seulement sur les moteurs, capteurs et armoires électriques, mais également sur les arbres de mélangeur, paliers, joints, outils de mélange, clapets, sas rotatifs, dispositifs de transport et filtres. Tous les composants doivent être évalués quant aux sources d'inflammation mécaniques, thermiques, électriques et électrostatiques.
La caractérisation pertinente de la substance comprend au minimum KSt, la pression d'explosion maximale pmax, l'énergie minimale d'inflammation, la température minimale d'inflammation du nuage de poussière, la température minimale d'inflammation d'une couche de poussière, la répartition granulométrique, l'humidité et la conductivité électrique. Pour les recettes contenant des liquides volatils, des solvants ou des parfums, d'éventuels mélanges hybrides doivent également être pris en compte. En cas d'inertisation, la concentration limite en oxygène, généralement appelée à l'international Limiting Oxygen Concentration, est en outre nécessaire pour le système produit-gaz inerte concret.
Sources d'inflammation et concept de protection
L'évitement des atmosphères explosibles et des sources d'inflammation efficaces est prioritaire. Dans le mélangeur, il convient d'examiner en particulier les températures des paliers et des joints, les contacts entre l'outil et la paroi, les corps étrangers, les blocages, le frottement, les surfaces chaudes, les décharges électrostatiques et les équipements électriques. Les mesures appropriées peuvent être la surveillance de la température et du couple, des séparateurs de corps étrangers, des vitesses d'outil limitées, des concepts d'étanchéité sûrs, la mise à la terre et l'équipotentialité, des composants conducteurs ou dissipateurs ainsi que la maintenance préventive. Pour les couches de poussière, la TRGS 723 mentionne en principe une marge de sécurité de 75 °C entre la température minimale d'inflammation de la couche de poussière et la température de surface, sauf si l'évaluation des risques justifie une autre disposition.
Le percarbonate de sodium est une substance oxydante et non une poussière combustible au sens habituel. Il peut cependant intensifier les incendies, est sensible à l'humidité et peut libérer de l'oxygène en cas de décomposition. Les fiches de données de sécurité indiquent qu'il doit être tenu éloigné des sources de chaleur et qu'il peut réagir de façon critique avec des matières combustibles. Pour les recettes de lessive contenant du percarbonate, il convient donc de prendre particulièrement en compte la conduite de la température, l'apport d'humidité, la compatibilité des matériaux, la contamination par des substances organiques et une éventuelle libération d'oxygène. Une inertisation à l'azote n'empêche ni une décomposition exothermique ni l'effet comburant d'un agent oxydant.
Si une explosion ne peut pas être évitée avec une sécurité suffisante, des mesures constructives entrent en ligne de compte : exécution résistante à la pression d'explosion ou au choc de pression d'explosion, décompression d'explosion, décompression sans flamme, suppression d'explosion et découplage technique contre les explosions. La conception doit couvrir l'ensemble de la chaîne de procédé. Les filtres, silos, conduites de transport et points d'évacuation peuvent être touchés par la pression et les flammes en cas d'événement. Les sas rotatifs, clapets anti-retour, vannes à fermeture rapide ou barrières d'extinction ne sont efficaces que s'ils sont adaptés à la fonction de découplage concernée, correctement dimensionnés et régulièrement contrôlés.
Procédés inertisés
L'inertisation abaisse la teneur en oxygène de l'espace de procédé par ajout d'un gaz inerte approprié, en général l'azote, jusqu'à une valeur à laquelle une explosion ne peut plus se propager. Le dioxyde de carbone ou d'autres gaz peuvent convenir dans certains cas, mais doivent être adaptés à la chimie du produit, à la corrosion, au niveau de pression, à la température et à la protection du travail. La concentration limite en oxygène n'est pas une constante générale pour la « poussière de lessive ». Elle est déterminée expérimentalement pour un système combustible-gaz inerte donné, dans des conditions définies.
À partir de la concentration limite en oxygène, une valeur d'oxygène maximale admissible pour l'exploitation est déduite. Cette valeur doit tenir compte d'une marge de sécurité, par exemple les variations du produit, de la température, de la pression, de l'humidité, de l'incertitude de mesure, des fuites d'air et de la libération d'oxygène. La directive sur l'inertisation distingue donc entre la concentration limite en oxygène déterminée expérimentalement, la concentration en oxygène maximale admissible et la valeur de déclenchement d'un arrêt de sécurité. Des valeurs de consigne générales telles que 8 à 12 pour cent volumique d'oxygène ou une marge générale de 2 à 5 points de pourcentage ne sont pas fiables sans preuve spécifique à la substance.
Pour les procédés discontinus, l'inertisation peut s'effectuer par évacuation et remplissage répétés d'un mélangeur résistant au vide. Alternativement, l'air est déplacé avant le début du procédé par une purge de gaz inerte définie. Pendant le fonctionnement, une réalimentation contrôlée en gaz inerte peut être nécessaire pour compenser les fuites d'air, le déplacement de gaz par l'alimentation et d'éventuels apports d'oxygène. Une légère surpression peut réduire l'apport d'air, mais ne doit être fixée que dans le cadre du palier de pression admissible, de l'étanchéité, des dispositifs de sécurité et de l'ensemble du procédé.
Une inertisation sûre nécessite une installation suffisamment étanche aux gaz, des séquences de purge définies, une mesure d'oxygène fiable, des points de mesure appropriés, des seuils d'alarme, des verrouillages de sécurité et une stratégie d'urgence. Le moteur du mélangeur, l'alimentation en produit, l'ajout de liquide ou le chauffage ne doivent être libérés que conformément à la logique de sécurité définie. En cas de dépassement de la valeur d'oxygène sûre, l'installation doit être amenée dans un état sûr évalué. Le niveau requis de sécurité fonctionnelle de la chaîne de mesure et de verrouillage est déterminé en fonction du risque ; une exigence générale de SIL 2 ne peut pas être déduite pour chaque installation.
L'inertisation ne protège pas contre tous les dangers. Elle n'empêche ni l'auto-inflammation, ni la décomposition exothermique, ni la décomposition thermique du percarbonate de sodium, ni la libération d'oxygène par des composants oxydants. Le CEN/TR 15281 souligne expressément qu'une inertisation suffisante pour éviter une explosion ne protège pas automatiquement contre les incendies, l'auto-inflammation, les réactions exothermiques ou les déflagrations dans les dépôts de poussière.
Exploitation et contrôle
Une exploitation sûre comprend le contrôle régulier de l'alimentation en gaz inerte, de l'étanchéité, des analyseurs d'oxygène, des fonctions d'alarme et de verrouillage ainsi que de toutes les mesures de découplage contre les explosions et de décompression. Les délais de contrôle résultent de l'évaluation des risques, des indications du fabricant, des systèmes de protection utilisés et des prescriptions applicables. Les modifications de la recette, de la qualité des matières premières, de l'humidité, de l'ajout de parfum, du débit ou de la géométrie de l'installation doivent être évaluées via une gestion documentée des modifications.
Le personnel opérateur a besoin de formations sur les zones ATEX, l'évitement des sources d'inflammation, le nettoyage sûr, le comportement en cas d'alarme et les risques particuliers d'une inertisation. L'azote et le dioxyde de carbone peuvent, dans les zones environnantes, entraîner un manque d'oxygène. C'est pourquoi un concept d'alerte gaz, une ventilation suffisante des locaux, un marquage, des restrictions d'accès et des mesures de sauvetage font partie du concept de protection du travail.
Ainsi amixon® soutient la protection contre les explosions pour les poudres lessivielles
Conception conforme à l'ATEX de l'espace produit
Dans la production de lessives, des solides fins, des composants organiques, des supports de parfum et des poussières fines de recette peuvent former une atmosphère de poussière explosible. L'intérieur d'un mélangeur doit donc souvent être évalué comme zone 20. La zone 20 désigne une zone où une atmosphère de poussière explosible est présente en permanence, pendant de longues périodes ou fréquemment. Le classement final en zones de l'ensemble de l'installation fait toutefois partie de l'évaluation des risques et relève de l'exploitant. Il comprend non seulement le mélangeur, mais aussi le dosage, l'introduction et l'évacuation, les filtres, les silos, les conduites de transport, le conditionnement et la zone d'implantation concernée.
amixon® peut réaliser divers mélangeurs, granulateurs, mélangeurs-sécheurs sous vide et réacteurs-mélangeurs pour un espace produit classé en zone 20. En font partie — selon la série et la configuration du projet — les mélangeurs à un arbre, les mélangeurs verticaux et coniques, les mélangeurs conteneurs, les mélangeurs continus ainsi que les mélangeurs-sécheurs sous vide et réacteurs VMT et AMT. La catégorie d'équipement concrète, la température de surface maximale admissible, l'équipement électrique et non électrique ainsi que la documentation ATEX doivent être définis pour chaque installation sur la base de la recette réelle et des conditions de procédé.
La directive produit ATEX 2014/34/UE régit les exigences applicables aux équipements et systèmes de protection pour les zones à risque d'explosion. La directive d'exploitation ATEX 1999/92/CE oblige l'exploitant à effectuer l'évaluation des risques, le classement en zones, l'établissement et l'actualisation du document relatif à la protection contre les explosions ainsi que le choix et le contrôle des équipements appropriés. Pour la chambre de mélange en zone 20, un niveau de protection très élevé est en principe requis, correspondant régulièrement à une exécution de catégorie 1D.
Contrôler les sources d'inflammation
L'intensité de mélange et la vitesse périphérique influencent la sollicitation mécanique du produit et sont donc également pertinentes pour l'évaluation des sources d'inflammation. De nombreux mélangeurs verticaux amixon® peuvent fonctionner à faible vitesse périphérique. Pour les séries VM et HM, amixon® indique une plage réglable d'environ 0,8 à 3,5 m/s. Une faible vitesse d'outil peut limiter l'énergie de frottement, de choc et d'abrasion et préserver la structure des particules. Elle ne constitue toutefois pas à elle seule une preuve qu'aucune source d'inflammation efficace ne peut apparaître.
L'évaluation des sources d'inflammation doit inclure les paliers, joints, arbres, outils, contacts possibles entre l'outil et la paroi, corps étrangers, blocages, températures de surface, charge électrostatique et composants électriques. Les mesures pertinentes peuvent comprendre la surveillance de la température et du couple, la limitation de la vitesse de l'outil, la séparation des corps étrangers, des concepts d'étanchéité appropriés, la mise à la terre, l'équipotentialité et une maintenance préventive. En zone 20, le concept global doit également tenir compte des dysfonctionnements rares.
Étanchéité et conduite du procédé
Des chambres de mélange à faibles interstices, des cordons de soudure polis et des systèmes d'étanchéité appropriés soutiennent une conduite de procédé étanche à la poussière. Les portes d'inspection Clever-Cut® avec joint OmgaSeal® sont conçues, selon amixon®, pour une étanchéité pauvre en espace mort de l'espace produit. L'étanchéité réelle dépend toutefois aussi des différences de pression, du matériau du joint, de l'usure, de la maintenance et des conditions d'exploitation réelles.
Des transferts de produit fermés peuvent réduire les émissions de poussière et donc les dépôts dans le local d'implantation. Cela réduit le risque de remise en suspension de poussière et d'explosions secondaires, mais ne remplace pas un concept de nettoyage et de maintenance. Les points de dosage, filtres, prélèvements, vidanges, ouvertures de nettoyage et travaux de maintenance doivent être intégrés au concept de zones.
Dans les procédés lessiviels, des liquides tels que des tensioactifs, des huiles ou des formulations de parfum peuvent être introduits dans la poudre en mouvement via des lances et buses appropriées. La taille des gouttes, le motif de pulvérisation, la position d'introduction, la quantité de liquide, la température et la viscosité doivent être coordonnées de manière à limiter la surhumidification locale, les collages et la formation de grumeaux. Un traitement totalement exempt d'adhérences ne peut pas être garanti de façon générale. Pour les composants sensibles tels que les granulés d'enzymes ou le percarbonate de sodium, l'humidité, la température, la sollicitation mécanique et les temps de contact doivent être maîtrisés avec un soin particulier.
Pour les débits élevés, le mélangeur continu AMK peut être utilisé. L'AMK fonctionne avec un taux de remplissage contrôlé et un temps de séjour qui, selon amixon®, peut être influencé par le taux de remplissage et le débit. L'ajout de liquide, le concept de dosage et l'intensité de mélange doivent être adaptés à la recette. Pour les parfums volatils, les tensioactifs fortement visqueux, les enzymes ou les agents oxydants, des essais avec le produit d'origine sont nécessaires pour démontrer la stabilité du produit, l'homogénéité, l'humidité, l'évacuation et la nettoyabilité.
Inertisation et procédés sous pression
Les mélangeurs-sécheurs sous vide et réacteurs-mélangeurs des séries VMT et AMT peuvent être réalisés étanches aux gaz, au vide et à la pression. Ils conviennent donc pour des procédés dans lesquels le mélange, la réaction, le séchage ou le conditionnement doivent s'effectuer sous vide, sous pression ou en atmosphère de gaz inerte. Le niveau de vide atteignable, la pression de service admissible et les exigences d'étanchéité doivent être définis de façon spécifique au projet. Une résistance à la pression ou au vide n'équivaut pas automatiquement à une conception résistante à la pression d'explosion selon la norme DIN EN 14460.
Pour les procédés discontinus, l'espace de procédé peut être inertisé par évacuation répétée puis remplissage avec un gaz inerte approprié. La teneur en oxygène est ainsi progressivement abaissée. La concentration en oxygène admissible doit se situer avec une marge de sécurité suffisante en dessous de la concentration limite en oxygène déterminée pour le système produit-gaz inerte concret. Sont nécessaires une installation suffisamment étanche, une mesure d'oxygène fiable, des valeurs d'alarme et de coupure définies, des verrouillages orientés sécurité ainsi qu'une alimentation en gaz inerte appropriée.
L'inertisation n'empêche toutefois ni la décomposition thermique ni la libération d'oxygène des composants oxydants de la lessive. Le percarbonate de sodium est par exemple une substance oxydante ; il peut libérer de l'oxygène en cas de décomposition et intensifier les incendies. Pour de telles recettes, la température, l'humidité, les impuretés et la compatibilité des matériaux doivent être contrôlées en complément.
Fabrication et essais
La conception technique suit la User Requirement Specification de l'exploitant ainsi que les données de sécurité de la substance. Sont pertinents en particulier KSt, pmax, l'énergie minimale d'inflammation, les températures minimales d'inflammation du nuage et de la couche de poussière, la conductivité électrique, l'humidité, la répartition granulométrique et d'éventuels mélanges hybrides. Il en résulte le concept de zones, la catégorie d'équipement, les limites de température, les exigences d'étanchéité, la mise à la terre, l'inertisation ainsi que, le cas échéant, la décompression, la suppression ou le découplage.
amixon® peut étudier l'aptitude du procédé avec le produit d'origine en halle d'essais. On peut ainsi évaluer par exemple la qualité de mélange, l'évolution de la température, la répartition du liquide, un éventuel collage, l'intégrité des particules, la vidange et la nettoyabilité. Ces essais soutiennent le choix du système de mélange et des paramètres de procédé, mais ne remplacent ni le contrôle de sécurité de la substance ni l'évaluation des risques, le document relatif à la protection contre les explosions ou le contrôle de l'ensemble de l'installation par des spécialistes qualifiés, requis par la loi.